注册 English

MoS2修饰ZnIn2S4微米球复合光催化剂的制备及光催化制氢活性增强研究

柴波 ,  刘纯 ,  王春蕾 ,  闫俊涛 ,  任占冬

downloadPDF
引用本文: 柴波,  刘纯,  王春蕾,  闫俊涛,  任占冬. MoS2修饰ZnIn2S4微米球复合光催化剂的制备及光催化制氢活性增强研究[J]. 催化学报, 2017, 38(12): 2067-2075. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62981-4 shu
Citation:  Bo Chai,  Chun Liu,  Chunlei Wang,  Juntao Yan,  Zhandong Ren. Photocatalytic hydrogen evolution activity over MoS2/ZnIn2S4 microspheres[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(12): 2067-2075. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62981-4 shu

MoS2修饰ZnIn2S4微米球复合光催化剂的制备及光催化制氢活性增强研究

  • 武汉轻工大学化学与环境工程学院, 湖北武汉 430023

  • 基金项目:

    国家自然科学基金（51302200）.

摘要: 开发高效、稳定的半导体光催化材料是太阳能光催化制氢领域的研究热点，ZnIn2S4因其合适的能隙、带边电势位置以及稳定、低毒等优点而受到广泛关注.但在实际应用中，单纯的ZnIn2S4光催化制氢活性仍较低，主要原因是ZnIn2S4受激产生光生电子-空穴对后，载流子的传输、分离效果不理想，易在体相或表面复合；再者是单一的ZnIn2S4表面缺少催化反应产氢的活性位点.为提高催化活性，通常在催化剂的表面负载一定量的贵金属作为助催化剂，但由于贵金属成本高和稀缺性，限制了其实际的应用.因此，开发低成本、储量丰富、高效的非贵金属助催化剂来增强ZnIn2S4的光催化制氢活性具有显著意义.
最近研究表明，具有层状结构的MoS2可被作为一种非贵金属助催化剂应用于光催化制氢，且已取得了优异的光催化制氢效果.理论计算得出，暴露在MoS2边缘的不饱和S原子具有与质子H+很强的键合作用，从而使其能够作为活性位点便利地产生氢气.因而将MoS2负载于ZnIn2S4的表面，可进一步提高ZnIn2S4的光催化制氢活性.
本文采用二步水热法制备了MoS2负载于ZnIn2S4微球表面的MoS2/ZnIn2S4复合光催化剂.采用X-射线衍射、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、Raman光谱、紫外-可见漫反射吸收光谱、氮气吸附-脱附测试和荧光光谱等技术对所得样品进行了表征.以乳酸作为牺牲试剂考察了MoS2负载量对光催化制氢活性的影响.结果显示，当MoS2含量为1 wt%时，MoS2/ZnIn2S4复合光催化剂的光催化产氢活性最高，达343 μmol/h，是单纯ZnIn2S4的14.9倍.此外，对1 wt% MoS2/ZnIn2S4样品进行光催化制氢的长效循环测试表明，该样品在可见光下能够保持稳定、有效的光催化制氢性能.据此提出一个可能的增强光催化制氢活性机理：适量的MoS2可以促进ZnIn2S4表面光生载流子的有效传输和分离，从而延长载流子的寿命.

English

    1. [1] S. W. Cao, J. G. Yu, J. Photochem. Photobiol. C, 2016, 27, 72-99.

    2. [2] H. Du, Y. N. Liu, C. C. Shen, A. W. Xu, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1295-1306.

    3. [3] J. X. Low, J. G. Yu, M. Jaroniec, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, Adv. Ma-ter., 2017, 29, 1601694.

    4. [4] J. X. Low, S. W. Cao, J. G. Yu, S. Wageh, Chem. Commun., 2014, 50, 10768-10777.

    5. [5] A. Y. Meng, B. C. Zhu, B. Zhong, L. Y. Zhang, B. Cheng, Appl. Surf. Sci., 2017, 422, 518-527.

    6. [6] J. D. Hu, Y. L. Cao, J. Xie, D. Z. Jia, Ceram. Int., 2017, 43, 11109-11115.

    7. [7] Z. P. Xing, Z. Z. Li, X. Y. Wu, G. F. Wang, W. Zhou, Int. J. Hydrogen Energy, 2016, 41, 1535-1541.

    8. [8] Y. L. Sui, S. B. Liu, T. F. Li, Q. X. Liu, T. Jiang, Y. F. Guo, J. L. Luo, J. Catal., 2017, 353, 250-255.

    9. [9] Z. J. Guan, P. Wang, Q. Y. Li, Y. W. Li, X. L. Fu, J. J. Yang, Chem. Eng. J., 2017, 327, 397-405.

    10. [10] B. Archana, K. Manjunath, G. Nagaraju, K. B. Chandra Sekhar, N. Kottam, Int. J. Hydrogen Energy, 2017, 42, 5125-5131.

    11. [11] K. Y. Lin, B. J. Ma, W. G. Su, W. Y. Liu, Appl. Surf. Sci., 2013, 286, 61-65.

    12. [12] T. Yan, T. T. Wu, Y. R. Zhang, M. Sun, X. D. Wang, Q. Wei, B. Du, J. Colloid Interface Sci., 2017, 506, 197-206.

    13. [13] B. Hu, F. P. Cai, T. J. Chen, M. S. Fan, C. J. Song, X. Yan, W. D. Shi, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 18247-18256.

    14. [14] C. Zhou, Y. F. Zhao, L. Shang, R. Shi, L. Z. Wu, C. H. Tung, T. R. Zhang, Chem. Commun., 2016, 52, 8239-8242.

    15. [15] L. Pan, J. W. Zhang, X. Jia, Y. H. Ma, X. W. Zhang, L. Wang, J. J. Zou, Chin. J. Catal., 2017, 38, 253-259.

    16. [16] L. W. Lu, S. Ni, G. Liu, X. X. Xu, Int. J. Hydrogen Energy, 2017, 42, 23539-23547.

    17. [17] H. Yu, S. C. Yan, Z. S. Li, T. Yu, Z. G. Zou, Int. J. Hydrogen Energy, 2012, 37, 12120-12127.

    18. [18] X. Q. Sun, Y. H. Xie, F. F. Wu, H. M. Chen, M. L. Lv, S. Ni, G. Liu, X. X. Xu, Inorg. Chem., 2015, 54, 7445-7453.

    19. [19] J. Q. Wen, X. Li, H. Q. Li, S. Ma, K. L. He, Y. H. Xu, Y. P. Fang, W. Liu, Q. Z. Gao, Appl. Surf. Sci., 2015, 358, 204-212.

    20. [20] F. Chen, H. Yang, X. F. Wang, H. G. Yu, Chin. J. Catal., 2017, 38, 296-304.

    21. [21] M. S. Akple, J. X. Low, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, J. G. Yu, J. Zhang, Appl. Surf. Sci., 2015, 358, 196-203.

    22. [22] T. J. Chen, W. Quan, L. B. Yu, Y. Z. Hong, C. J. Song, M. S. Fan, L. S. Xiao, W. Gu, W. D. Shi, J. Alloys Compd., 2016, 686, 628-634.

    23. [23] Y. B. Wang, Y. S. Wang, R. Xu, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 783-790.

    24. [24] W. Zhang, Y. B. Wang, Z. Wang, Z. Y. Zhong, R. Xu, Chem. Commun., 2010, 46, 7631-7633.

    25. [25] J. H. Yang, H. J. Yan, X. L. Wang, F. Y. Wen, Z. J. Wang, D. Y. Fan, J. Y. Shi, C. Li, J. Catal., 2012, 290, 151-157.

    26. [26] J. Zhang, Y. G. Yu, M. Jaroniec, J. R. Gong, Nano Lett., 2012, 12, 4584-4589.

    27. [27] J. R. Ran, J. Zhang, J. G. Yu, S. Z. Qiao, ChemSusChem, 2014, 7, 3426-3434.

    28. [28] J. Z. Su, T. Zhang, L. Wang, J. W. Shi, Y. B. Chen, Chin. J. Catal., 2017, 38, 489-497.

    29. [29] J. Yu, C. Y. Xu, F. X. Ma, S. P. Hu, Y. W. Zhang, L. Zhen, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 22370-22377.

    30. [30] T. Huang, W. Chen, T. Y. Liu, Q. L. Hao, X. H. Liu, Int. J. Hydrogen Energy, 2017, 42, 12254-12261.

    31. [31] J. Q. Wen, X. Li, W. Liu, Y. P. Fang, J. Xie, Y. H. Xu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2049-2070.

    32. [32] M. C. Wen, S. S. Zhang, W. R. Dai, G. S. Li, D. Q. Zhang, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2095-2102.

    33. [33] X. F. Wang, R. Yu, K. Wang, G. Q. Yang, H. G. Yu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2211-2218.

    34. [34] M. S. Akple, J. X. Low, Z. Y. Qin, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, J. G. Yu, S. W. Liu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2127-2134.

    35. [35] L. Su, X. J. Ye, S. G. Meng, X. L. Fu, S. F. Chen, Appl. Surf. Sci., 2016, 384, 161-174.

    36. [36] B. Chai, T. Y. Peng, P. Zeng, X. H. Zhang, X. J. Liu, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 6149-6155.

    37. [37] S. H. Shen, L. Zhao, X. J. Guan, L. J. Guo, J. Phys. Chem. Solids, 2012, 73, 79-83.

    38. [38] S. Q. Peng, M. Dan, F. J. Guo, H. M. Wang, Y. X. Li, Colloids Surf. A, 2016, 504, 18-25.

    39. [39] J. Shen, J. T. Zai, Y. P. Yuan, X. F. Qian, Int. J. Hydrogen Energy, 2012, 37, 16986-16993.

    40. [40] Z. X. Chen, D. Z. Li, G. C. Xiao, Y. H. He, Y. J. Xu, J. Solid State Chem., 2012, 186, 247-254.

    41. [41] Y. P. Zhang, L. Liu, J. Ying, J. H. Qian, L. Liu, L. L. Wang, Mater. Lett., 2013, 105, 185-188.

    42. [42] Z. X. Chen, Y. Wu, J. J. Xu, F. X. Wang, J. Wang, J. Y. Zhang, Z. Y. Ren, Y. H. He, G. C. Xiao, J. Mol. Catal. A, 2015, 401, 66-72.

    43. [43] L. Ye, Z. H. Li, Appl. Catal. B, 2014, 160-161, 552-557.

    44. [44] F. Tian, R. S. Zhu, J. Zhong, P. Wang, F. Ouyang, G. Cao, Int. J. Hydrogen Energy, 2016, 41, 20156-20171.

    45. [45] B. Chai, T. Y. Peng, P. Zeng, X. H. Zhang, Dalton Trans., 2012, 41, 1179-1186.

    46. [46] Y. Xia, Q. Li, K. L. Lv, D. G. Tang, M. Li, Appl. Catal. B, 2017, 206, 344-352.

    47. [47] W. L. Shi, H. C. Lv, S. L. Yuan, H. Huang, Y. Liu, Z. H. Kang, Sep. Purif. Technol., 2017, 174, 282-289.

    48. [48] F. Guo, Y. Cai, W. S. Guan, H. Huang, Y. Liu, J. Phys. Chem. Solids, 2017, 110, 370-378.

    49. [49] Y. Xia, Q. Li, K. L. Lv, M. Li, Appl. Surf. Sci., 2017, 398, 81-88.

    50. [50] J. L. Yuan, J. Q. Wen, Q. Z. Gao, S. C. Chen, J. M. Li, X. Li, Y. P. Fang, Dalton Trans., 2015, 44, 1680-1689.

    51. [51] Z. J. Sun, H. F. Zheng, J. S. Li, P. W. Du, Energy Environ. Sci., 2015, 8, 2668-2676.

    52. [52] D. Zhao, B. Sun, X. Q. Li, L. X. Qin, S. Z. Kang, D. Wang, RSC Adv., 2016, 6, 33120-33125.

    53. [53] X. Hai, K. Chang, H. Pang, M. Li, P. Li, H. M. Liu, L. Shi, J. H. Ye, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 14962-14969.

    54. [54] S. J. Zhao, J. J. Huang, Q. Y. Huo, X. Z. Zhou, W. X. Tu, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 193-199.

    55. [55] H. G. Yu, P. Xiao, P. Wang, J. G. Yu, Appl. Catal. B, 2016, 193, 217-225.

    56. [56] G. P. Chen, N. Ding, F. Li, Y. Z. Fan, Y. H. Luo, D. M. Li, Q. B. Meng, Appl. Catal. B, 2014, 160-161, 614-620.

    57. [57] K. Chang, Z. W. Mei, T. Wang, Q. Kang, S. X. Ouyang, J. H. Ye, ACS Nano, 2014, 8, 7078-7087.

    58. [58] Y. Li, L. L. Wang, T. Cai, S. Q. Zhang, Y. T. Liu, Y. Z. Song, X. R. Dong, L. Hu, Chem. Eng. J., 2017, 321, 366-374.

    59. [59] G. H. Tian, Y. J. Chen, Z. Y. Ren, C. G. Tian, K. Pan, W. Zhou, J. Q. Wang, H. G. Fu, Chem. Asian J., 2014, 9, 1291-1297.

    60. [60] B. Han, S. Q. Liu, N. Zhang, Y. J. Xu, Z. R. Tang, Appl. Catal. B, 2017, 202, 298-304.

    61. [61] Q. J. Xiang, J. G. Yu, M. Jaroniec, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 6575-6578.

    62. [62] R. Y. Zhang, W. C. Wan, D. W. Li, F. Dong, Y. Zhou, Chin. J. Catal., 2017, 38, 313-320.

    63. [63] Q. Gu, H. M. Sun, Z. Y. Xie, Z. W. Gao, C. Xue, Appl. Surf. Sci., 2017, 396, 1808-1815.

    64. [64] S. Ma, J. Xie, J. Q. Wen, K. L. He, X. Li, W. Liu, X. C. Zhang, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 580-591.

    65. [65] S. Q. Zhang, L. L. Wang, C. B. Liu, J. M. Luo, J. Crittenden, X. Liu, T. Cai, J. L. Yuan, Y. Pei, Y. T. Liu, Water Res., 2017, 121, 11-19.

    66. [66] Y. J. Yuan, D. Q. Chen, J. S. Zhong, L. X. Yang, J. J. Wang, M. J. Liu, W. G. Tu, Z. T. Yu, Z. G. Zou, J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 15771-15779.

    67. [67] T. Huang, W. Chen, T. Y. Liu, Q. L. Hao, X. H. Liu, Powder Technol., 2017, 315, 157-162.

    68. [68] Y. J. Yuan, J. R. Tu, Z. J. Ye, D. Q. Chen, B. Hu, Y. W. Huang, T. T. Chen, D. P. Cao, Z. T. Yu, Z. G. Zou, Appl. Catal. B, 2016, 188, 13-22.

    69. [69] L. Wei, Y. J. Chen, Y. P. Lin, H. S. Wu, R. S. Yuan, Z. H. Li, Appl. Catal. B, 2014, 144, 521-527.

    70. [70] W. Y. Lim, M. H. Hong, G. W. Ho, Dalton Trans. 2016, 45, 552-560.

    71. [71] N. Ding, Y. Z. Fan, Y. H. Luo, D. M. Li, Q. B. Meng, APL Mater., 2015, 3, 104417.

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  5
  • 文章访问数:  1187
  • HTML全文浏览量:  103
文章相关
  • 收稿日期:  2017-10-09
  • 修回日期:  2017-10-31
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net